SU1142844A1 - Устройство дл анализа характеристик спектра - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ХАРАКТЕРИСТИК СПЕКТРА, содержащее первый накапливающий сумматор, блок пам ти, информационный выход которого соединен с первым входом первого умножител , второй вход которого подключен к информационному выходу первого блока посто нной пам ти, первый квадратор, выходы разр дов которого соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, информационный вход блока пам ти  вл етс  информационным входом устройства, о. тличающеес  тем, что, с целью повьшени  точности, в него введены второй и третий блоки посто нной пам ти, второй, третий и четвертый умножители, вь1читатель, сумматор, второй накапливающий сумматор,второй квадратор, первый и второй масштабируюи{ие умножители и блок синхронизации , причем выход первого умножител  соединен с первым входом второго умножител , выход которого подключен ко входу первого накапливающего сумматора , выход которого соединен со входом первого масштабирующего умножител , выход которого соединен со входом первого квадратора, информационный выход блока пам ти подключен к первому входу третьего умножител , выход которого соединен со входом второго накапливающьго сумматора , -выход которого подключен ко входу второго масштабирующего умножител , выход которого соединен со входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножител , выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого  вл етс  информацион (Л ным выходом устройства, информацион-, ные выходы второго и третьего блоков посто нной пам ти подключены ко вторым входам соответственно третьего и четвертого умножителей, выход коммутатора соединен со вторым входом 4 сумматора, первый выход блока синхронизации подключен к адресному входу 1C блока пам ти и первому входу вычита00 тел , выход которого соединен со вторым входом второго умножител , второй и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно с тактовыми входами и входами обнулени  первого и второго накапливающих сумматоров , четвертый и п тый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управл ющему входу коммутатора и адресному входу третьего блока посто нной пам ти, шестой выход блока синхронизации соединен с адресными входами первого и второго блоков посто нной пам ти, а второй

Description

вход вычитател   вл етс  входом задани  коэффициента устройства.

2. Устройство по п. 1, отличающеес  тем, что блок синхронизации содержит первьш и второй счетчики, первый и второй дешифраторы и генератор тактовых импульсов, выход которого  вл етс  вторым выходом блока и подключен к счетному входу первого счетчика, выход переполнени  которого  вл етс  третьим выходом блока и подключен к счетному входу второго счетчика, информационный выход которого  вл етс  шестым выходом блока и подключен к аервому входу первого дешифратора и входу второго дешифратора,выход которого  вл етс  четвертым выходом блока,информационный выход первого счетчика  вл ет .с  первым выходом блока и подключен ко второму входу первого дешифратора, выход которого  вл етс  п тым выходом блока.

Изобретение относитс  к вычислиельной технике, в частности, к цифовой обработке сигналов, и может быть использовано при решении задач татистического спектрального анали- за , св занных с необходимостью опреелени  статистических характеристик

пектра сигналов.

Известно устройство,которое реализует известные соотношени  дл  оценки дисперсии спектральных составл ющих , полученных методом периодограмм, и содержит квадраторы и накапливающие сумматоры, pi.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  устройство , которое дл  осуществлени  известного метода должно содержать блок , выход которого соединен с первым входом умножител , выход которого подключен ко входу накапли-, вающего сумматора, выход которого, соединен со входом квадратора выход которого подключен ко входу коммутатора , выход которого  вл етс  инфор мационным выходом устройства, выход блока посто нной пам ти коэффициентов соединен со вторым входом умножител , а вход блока пам ти  вл етс  информа1Ц1онным входом устройства C2L

К недостаткам данного устройства относитс  то, что оценка дисперсии спектральных составл ющих, полученных на основе метода периодограмм, дает удовлетворительные результаты только при значительных объемах выбор ок. случае коротких выборок

входного сигнала оценка дисперсии получаетс  с большой погрешностью.

Цель изобретени .- увеличение точности вычислени  оценок дисперсии

при малом количестве выборок.

Поставленна  цель достигаетс  , что в устройство дл  анализа характеристик спектра, содержащее первый накапливающий сумматор, блок пам ти,

информационный выход которого соединен с первым входом первого умножител , второй вход которого подключен к информационному выходу первого блока посто нной пам ти, первый квадратор,

выходы разр дов которого соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, информационный вход блока пам ти  вл етс  информационным входом устройства, введены

второй и третий блоки посто нной пам ти , второй, третий и четвертый умножител , вычитатель, сумматор, второй накапливающий сумматор, второй квадратор, первый и второй масштабирующие умножители и блок синхронизации , причем выход первого умножител  соединен с первым входом второго умножител , выход которого подключен ко входу первого накапливающего, сум- .

матора, выход которого соединен со входом первого масштабирующего умножител , выход которого соединен со входом первого квадратора, информационкьш-выход блока пам ти подключен к первому входу третьего умножител , выход которого соединен со входом второго накапливающего сумматора,выход которого подключен ко входу

второго масштабирующего умножител , выход которого соединен со входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножител , выход которого соединен с первым Ьходом сумматора, выход которого  вл ет.с  информационным выходом устройства, информационные выход второго и третьего блоков посто нной пам ти подключень ко вторым входам соответственно третьего и четвертого умножителей, выход коммутатора соединен со вторым входом сумматора, пер1вый выход блока синхронизации подключен к адресному входу блока пам ти и первому входу вычитател , выход которого соединен со вторым входом второго умножител , в торой и третий выходы блока синхронизации соединены соответственно с тактовыми входами и входами обнулени  первого и второго накапливающего сумматоров, четв.ертый и п тый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управл ющему входу коммутатора и адресному входу третьего блока посто нной пам ти, шестой выход блока синхронизации соединен с адресными входами первого и второго блоков посто нной ам ти, а второй вход вычитател   вл етс  входом задани  коэффициента устройства, причем блок синхронизации содержит первый и второй счетчики , первый и второй дешифраторы и генератор тактовых импульсов,выход которого  вл етс  вторым выходом блока и подключен к счетному входу первого счетчика, выход переполнени  которого  вл етс  третьим выходом блока и подключен к счетному входу второго счетчика, информационный выход которого  вл етс  шестым выходом блока и подключен к первому входу первого дешифратора и входу второго дешифратора, выход которого  вл етс  четвертым выходом блока, информационный выход первого счетчика  вл етс  первым выходом блока, .и подключен ко второму входу первого дешифратора , выход которого  вл етс  п тым выходом блока.

На фиг. 1приведена функциональна  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конкретный пример выполнени  блока синхронизации.

Устройство (фиг. 1) содержит 1 блок пам ти,умножители-.2 и 3, накапливающий сумматор 4, масштабирующий

умножитель 5, квадратор 6, коммутатор 7, сумматор 8, вычитатель 9, умножитель 10, накапливающий сумматор 11, масштабирующий умножитель 12, квадратор 13, умножитель 14, блок 15 синхронизации, блоки посто нной пам ти 16 - 18. ,

Блок 15 синхронизации (фиг. 2) может , например, состо ть из генератора 19 тактовых импульсов, первого 20 и второго 21 счетчиков, депшфратора 22 (адреса посто нной пам ти) и де- шифратора 23 (адреса коммутатора).

Расчет оценок дисперсии спектральных отсчетов, которые получены методом периодограмм, на частотах крат|ных 23I/N в предлагаемом устройстве основан на следующем выражении:

у

2V (Ic), при ,

vVh

, при 0 1«N/2.(1 )

о- 2 2Л . 9,п-k

где

N-1

li N

V(lc)rtOl + )Kn),

1

N-1

CtV| |- KNlsi« kn n i

N - длина выборки; r(n) - отсчеты коррел ционной функции: I., (k) - знаЛ li

чение периодограммы на частоте j-k..

Выражение (1) получено следующим образом. По определению периодограммы .

1ц( (X((khIm4(1 , (2).

где X(k) - коэффициенты, дискретного

преобразовани  Фурье (ДПФ). Отсюда следует, что

) (1c).( .

+ ,lm2X(V).,

Выражени  дл  ReX(k) и 1шХ(п) имеют вид

N-1

2JJ

ReXCk)x(n) ;

nsO1

N-1

xC«vlSin 1 n ,

tmX(k|r nsO где X(n) - отсчеты измер емого процесса . В случае если процесс Х(п)} стационарный , то, использу  соотношени  (3) и (4), можно получить выражени  дл  пГКеХ(К)3 , (и)и KCReX(k), (k)J, которые имеют вид B(ieX(1.)v(l)E( (0--7-t -bW ; (k),(M , где V(n) и С(п) определены выше, а Гу(Х1 , при 1.0, (n),npMOiK N|l. При нормальном распределении вели чин Х(п), т.е. если процесс гауссов, можно показать, что ((, Х(1) ,X(k); (n),iJ,X((1c),(1t). Подставл   полученные соотноше ни  в вьфажение (2), получаем оценку дисперсии (1). Как показали расчеты и результаты моделировани  на ЭВМ, точность полученных оценок дл  гауссова стационар ного процесса при N 60 в 1,5 раза вьппе по сравнению с известными оценками . Устройство работает следукидам образом . Через инфор1 ционный вход устройства в блок 1 пам ти занос тс  отсче ты коррел ционной функции г(п) исход ного сигнала. Причем в  чейку по нулевому адресу заноситс  г(0)/2, в первую - г(1), вторую - г(2) и т.д. Далее по адресам, формируемым счетчИком 20 блока 15 синхронизации, происходит последовательное считывание отсчетов г(п) из блока 1 пам ти на умножитель 2. На второй вход умно жител  2 подаетс  соответствующий коэффициент из блока 16 посто нной пам ти. Адрес в соответствующем цикле обработки дл  блока 16 посто нной пам ти образуетс  на выходе дещифратора 22 адреса- блока 15 синхронизации на основе содержимого счетчиков 20 и 21. Результат умножеНИН далее подаетс  на первый вход умножител  3, на другой вход которого подаетс  разность с выхода вычитател  9. Вычитатель 9 необходим дл  нахождени  разности N-n, где п содержимое счетчика 20 блока 15 синхронизации . В накапливающем сумматоре 4 происходит накопление суммы за N тактов. По окончании N тактов на выходе накапливающего сумматора 4 образуетс  величина V(k) дл  данного номера частотного отсчета К. Импульс переполнени  с выхода счетчика 20 добавл ет единицу в счетчик 21 (происходит переход к следующему номеру частотного отсчета и сбрасывает регистр накапливающего сумматора 4 в ноль). Одновременно с зтим величина V(k) с выхода накапливающего сумматора 4 поступает на вход квадратора 6 через масштабирукиций умножитель (масштабный множитель 2/N). Аналогичным образом происходит вычисление величины C(k), при помощи умножител 10, накапливающего сумматора 11, масштабирующего умножител  12 (масштабный множитель - 2/N). В блоке 17 посто нной пам ти в этом случае хран тс  коэффициенты . На выходахпервого и второго квадраторов образуютс  соответственно величины V(k) и С (k) последн   из которых умножаетс  в ум южителе 14 на коэффициенты 1/sin -k, хран щиес  в блоке 18 посто нной пам ти. Адрес этого блока 18 посто нной пам ти поступает с выхода счетчика 21 блока 15 синхронизации. Причем в нулевой и N/2-й  чейках этого блока записаны нули. Величина V (k) поступает на вход сумматора 8 через коммутатор 7. При этом в соответствии с выражением (1) в случае нахождени  (k) с номерами и величины V2(k) с выхода квадратора 6 поступают через коммутатор 7 на вход сумматора 8 со сдвигом в сторону старших разр дов на один разр д. Этот сдвиг осуществл етс  подключением соответствующих разр дов квадратора 6 к выходу коммутатора 7. Коммутатор 7 адресуетс  кодом с выхода дешифратора 23 адреса коммутатора блока 15 синхронизации . Результат вьиисленил (k) образуетс  на выходе сумматора 8 последовательно во времени.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет введени  новых блоков и св зей между ними позвол ет реализовать новый метод оценки дисперсии , который позвол ет добитьс  значительного выигрыша по точности

по сравнению с применением известного при малых длинах выборки. Так, результаты моделировани  обоих устройств показали, что предлагаемое при длинах выборки дает выигрыш по точности пор дка 50%.

Фие.1

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА > ХАРАКТЕРИСТИК СПЕКТРА, содержащее первый накапливающий сумматор, блок памяти, информационный выход которого соединен с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к информационному выходу первого блока постоянной памяти, первый квадратор, выходы разрядов которого соединены с соответствующими информационными входами коммутатора, информационный вход блока памяти является информационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй и третий блоки постоянной памяти, второй, третий и четвертый умножители, вычитатель, сумматор, второй накапливающий сумматор,второй квадратор, первый и второй масштабирующие умножители и блок синхронизации, причем выход первого умножителя соединен с первым входом второго умножителя, выход которого подключен ко входу первого накапливающего сумматора, выход которого соединен со входом первого масштабирующего умножителя, выход которого соединен со входом первого квадратора, информационный выход блока памяти подключен к первому входу третьего умножителя, выход которого соединен со входом второго накапливающего сумматора, выход которого подключен ко входу второго масштабирующего умножителя, выход которого соединен со входом второго квадратора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, выход которого соединен с первым входом сумматора, выход которого является информационным выходом устройства, информационные выходы второго и третьего блоков постоянной памяти подключены ко вторым входам соответственно третьего и четвертого умножителей, выход коммутатора соединен со вторым входом сумматора, первый выход блока синхронизации подключен к адресному входу блока памяти и первому входу вычитателя, выход которого соединен со вторым входом второго умножителя, второй и третий выходы блока синхрони'зации соединены соответственно с тактовыми входами и входами обнуления первого и второго накапливающих сумматоров, четвертый и пятый выходы блока синхронизации подключены соответственно к управляющему входу коммутатора и адресному входу третьего блока постоянной памяти, шестой выход блока синхронизации соединен с адресными входами первого и второго блоков постоянной памяти, а второй

SU ...1142844

Ί 142844 вход вычитателя является входом задания коэффициента устройства.

2. Устройство поп. 1, отличающееся тем, что блок синхронизации содержит первый и второй счетчики, первый и второй дешифраторы и генератор тактовых импульсов, выход которого является вторым выходом блока и подключен к счетному входу первого счетчика, выход переполнения которого является третьим вы ходом блока и подключен к счетному' входу второго счетчика, информационный выход которого является шестым выходом блока и подключен к первому входу первого дешифратора и входу второго дешифратора,выход которого является четвертым выходом блока информационный выход первого счетчика является первым выходом блока и подключен ко второму входу первого дешифратора, выход которого является пятым выходом блока.